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Anordnung zur Beeinflussung einer Meß- oder Regeleinrichtung in Abhängigkeit
von der Größe der Abweichung der Frequenz von einem Sollwert Gegenstand :der Erfindung
ist eine Anordnung zur Beeinflussung einer Meß- oder Regeleinrichtung in Abhängigkeit
von der Größe der Abweichung der Frequenz von einem Sollwert mit Hilfe eines mechanischen
Schwingsystems, welches auf die Sollfrequenz oder annähernd auf die Sollfrequenz
abgestimmt ist und im Takte mit der zu überwachenden Frequenz erregt wird. Erfindungsgemäß
ist die Anordnung so getroffen, daß dieses mechanische Schwingsystem einen Kontakt
in einem nur von der Spannung der zu überwachenden Frequenz gespeisten Stromkreis
periodisch öffnet und schließt, in dem mittel- oder unmittelbar ein Meß- oder Anzeigegerät
eingeschaltet ist. Der Erfindung liegt der bekannte Gedanke zugrunde, daß das Resonanzsystem
mit wechselndem Abstand der Erregerfrequenz von der Resonanzfrequenz desSchwingsystems
diePhasenlage der Bewegung gegenüber der Erregerspannung stark ändert. Infolgedessen
werden in dem Kreis des Meßinstrumentes periodisch, Stromstöße erzeugt, deren arithmetischer
Mittelwert (Gleichstrom) ein unmittelbares Maß für die Größe der Abweichung der
Erregerfrequenz von der Resonanzfrequenz des mechanischen Schwingsystems (Zunge)
darstellt. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Erregerwechselspannung des schwingenden
Systems und ebenso auch die Spannung am Meßinstrument oder Relais stets gleich groß
ist, was man durch Verwendung von spannungsabhängigen Widerständen, Eisenwasserstoffwiderständen,
gesättigten Drosselspulen oder Transformatoren in an sich bekannter Weise erreichen
kann.
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Es sind zwar bereits Einrichtungen bekannt, bei denen ein mechanisches
Schwingungssystem, welches auf die Sollfrequenz abgestimmt ist, im Takte mit der
zu überwachenden.Frequenz erregt wird. Bei dieser bekannten Anordnung öffnet und
schließt das .mechanische Schwingungssystem einen Kontakt in einem Stromkreis, der
von einer Gleichspannung erregt wird. Im Gegensatz zur Anordnung nach der Erfindung
ist daher die Größe des auftretenden Gleichstromes nicht von der Größe der Frequenzabweichung
abhängig. Es kann daher mit der bekannten Anordnung nur festgestellt werden, ob
die Frequenz größer oder kleiner ist als die Sollfrequenz. Bei der Anordnung nach
der Erfindung, bei der das mechanische Schwingungssystem einen
Kontakt
in einem von der Spannung der zu überwachenden Frequenz gespeisten Stromkreis öffnet
und schließt, entsteht dagegen ein Gleichstrom, :der von der Größe der Frequenzabweichung
abhängig ist, sog daß ein in diesem Stromkreis liegendes Instrument die Größe der
Frequenzabweichung anzeigt. Die Anordnung nach der Erfindung bietet unter anderem
auch noch den Vorteil, daß man, wie die Beschreibung zeigen wird, ein Frequenzänderungsrelais
bauen kann.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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In Fig. i ist 2 eine Resonanzzunge, die im Punkt 3 fest eingespannt
ist. Sie trägt einen Kontakt q., der mit dem feststehenden Gegenkontakt 5 zusammenarbeitet.
Am Ende der Resonanzzunge ist ein Anker 6 befestigt, auf den ein Elektromagnet i
einwirkt. 9 ist das Wechselstromnetz, von dem aus der Elektroinagnet über den Gleichrichter
8 erregt wird, der zweckmäßigerweise ein Trockengleichrichter, beispielsweise ein
Kupfer-Kupferoxyd-Gleichrichter, ist. 7 ist ein Meßinstrument, welches über die
Kontakte q. und 5 vom Wechselstromnetz 9 erregt wird.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Es sei angenommen, die
Netzfrequenz betrage So -/Sek. und die Resonanzzunge sei gleichfalls auf So --/Sek.
abgestimmt, was beispielsweise durch Veränderung ihrer Länge erreicht werden kann.
Durch den Elektromagneten i wird dann die Resonanzzunge in ihrer Eigenschwingung
erregt und schließt und öffnet periodisch den Stromkreis des Instrumentes. Dadurch
wird aus der Wechselstromkurve ein Stück herausgeschnitten, und ein Gleichstrom
fließt über das Meßinstrument 7. Die Dauer des Stromschlusses kann man durch Veränderung
der Entfernung des Kontaktes 5 vom Kontakt q. einstellen. Die Phasenlage der Schwingung
der Zunge gegenüber Erregerspannung kann man durch Drosselspulen oder Kondensatoren
im Kreis des Elektromagneten i einstellen. Beispielsweise kann man die Anordnung
so treffen, daß, wie in der Fig.2 durch senkrechte Geraden angedeutet, bei So Perioden
das Stück a-b aus der Wechselstromkurve herausgeschnitten wird. Das Instrument zeigt
dann einen Ausschlag, welcher der Fläche dieses herausgeschnittenen Stückes entspricht.
Wird jetzt die Frequenz des Netzes geringer, so erhält die Zunge eine Voreilung,
so daß jetzt beispielsweise das Stück c-d herausgeschnitten wird. Das Instrument
zeigt einen größeren Ausschlag an. Umgekehrt, steigt die Frequenz des Netzes, so
eilt die Zunge nach, und es wird ein kleinerer. Ausschlag angezeigt. Es ist nicht
erforderlich, daß man bei Normalfrequenz ein Stück a-b herausschneidet, das in der
Mitte einer Viertelperiode liegt, sondern man kann auch die Anordnung anders treffen,
beispielsweise könnte man, wie in der Fig. 2 dargestellt -ist, bei 5o --- i Sek.
ein Stück herausschneiden, welches zwischen den beiden Geraden e und
f liegt. Bei 50 'Perioden ist dann der Ausschlag des Instrumentes gleich
Null, bei Erhöhung bzw. Erniedrigung der Frequenz wird dann dem Instrument ein positiver
oder negativer Gleichstrom zugeführt, so daß man, wenn ein Drehspulengleichstrominstrumen't
verwendet wird, dieses bei Abweichung der Frequenz von 5o -/Sek. nach der einen
oder der anderen Seite ausschlägt. Es ist nicht erforderlich, daß die Zunge auf
So Perioden abgestimmt ist. Man kann sie auch auf eine höhere oder tiefere Frequenz
abstimmen, da man die Anordnung jederzeit so eichen kann, daß aus dem Ausschlag
des Instrumentes unmittelbar die Frequenz ablesbar ist. Um die Oberwellen im Gleichstrom
zu unterdrücken, kann man in an sich bekannter Weise in den Kreis des Meßinstrumentes
7 Drosselspulen und Kondensatoren vorsehen.
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Die Anordnung kann auch benutzt werden, um beispielsweise in Abhängigkeit
von der Frequenzänderung eine Regeleinrichtung zu betätigen. Beispielsweise kann
man die Anordnung benutzen, um die Generatoren von Kraftwerken' stets auf dieselbe
Frequenz einzuregeln. Man verwendet dann an Stelle des Meßinstrumentes ein Relais,
das bei Abweichung der Frequenz vom Sollwert nach der einen oder anderen Richtung
Kontakt macht und dadurch die Kraftmittelzufuhr zu der Antriebsmaschine der Generatoren
beeinflußt. Zweckmäßig wird man ein Relais nach dem Drehspulenprinzip oder ein polarisiertes
Relais, wie es beispielsweise in der Telegraphentechnik verwendet wird,» benutzen.
Man kann aber auch beispielsweise ein Tauchankerrelais mit Federkraft benutzen,
die so bemessen ist, daß bei Einwirkung eines Gleichstromes, welcher der Größe der
Fläche a-b entspricht, der mit dem Anker verbundene Kontaktarm zwischen zwei feststehenden
Gegenkontakten steht.
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Da die Einwirkung auf das Treibmittel vielfach mit einer Verzögerung
stattfindet, die den Regelvorgängen ungünstig ist, so ist es häufig erwünscht, bereits
den Beginn einer Frequenzänderung zum Anfang eines Steuerimpulses zu machen. Zu
diesem Zweck kann man beispielsweise die Anordnung so ausbilden; wie sie in Fig.
3 dargestellt ist. Soweit die Teile mit denen der Fig. i übereinstimmen, sind dieselben
Bezugzeichen gewählt. Bei der Anordnung nach Fig. 3 liegen die Kontakte q. und 5
in einem Kreis, in welchem ein Ohmscher Widerstand io und
ein Transformator
i i eingeschaltet sind. Der Widerstand ro wird so bemessen, daß der Strom in diesem
Kreis phasengleich mit der treibenden Spannung ist. Dann entsteht auf der Sekundärseite
des Transformators eine Spannung, die abhängig von der Änderung der Frequenz mit
der Zeit ist. An Stellecines Transformators kann auch eine Drosselspule treten,
deren Spannung auf das Drehspulen-oder polarisierte Relais einwirkt. Man kann auch
eine Spannung, welche der Frequenzänderung entspricht, mit Hilfe von Kondensatoren
und Ohmschen Widerständen erzeugen.
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Zweckmäßig wird man die Impulsgabe an dein Regler abhängig machen
von der Größe
Zu diesem Zweck kann--man beispielsweise auf das Relais außer der Spannung der Sekundärseite
des Transformators i i noch zusätzlich eine Spannung einwirken lassen, die an einem
Teil des Widerstandes io abgenom, men wird, da diese Spannung abhängig von der Frequenz
ist. Dann täuscht ein plötzliches Anwachsen der Frequenz sofort einen größeren Frequenzfehler
vor, während die Rückkehr der Frequenz auf ihren Sollwert bereits vorzeitig die
Regelung abbricht, um ein überregeln zu vermeiden.
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In Fig.3 ist noch ein Zusatzglied vorgesehen, welches dazu dient,
die Frequenzempfindlichkeit der Anordnung einstellen und steigern zu können. Zu
diesem Zweck ist ein zweiter Elektromagnet vorgesehen, der finit Hilfe eines besonderen,
von dem schwingenden System gesteuerten Kontaktes als Schwingungserreger geschaltet
ist und dadurch zur Entdämpfung des schwingungs= fähigen Systems dient. 12 ist dieser
Elektromagnet, der von der Batterie 13 erregt wird.
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Die Erregerspule des Magneten wird bei angezogener Zunge :2 durch
Berühren der Kontakte q. und 14 kurzgeschlossen. Die Bemessung dieses Magneten wird
so getroffen, daß er die Zunge aus der Ruhestellung nicht anziehen kann. Der Elektromagnet
bewirkt aber, daß schon eine geringe Erregung des Magneten i genügt, um die Zunge
ins Schwingen- zu bringen. Die Resonanzzunge arbeitet dabei im Mitnahmebereich wie
ein rückgekuppeltes Audion. An Stelle die Wicklung des Elektromagneten kurzzuschließen,
könnte auch der Erregerstromkreis geöffnet werden.
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In Fig. q. ist eine zweckmäßige Ausführungsform der Resonanzzunge
mit dem Elektromagneten i dargestellt. 2 ist die Resonanzzunge, die im Punkt 3 fest
eingespannt ist. -i ist der Elektromagnet zur Erregung der Zunge 2, die an ihrem
Ende --den Anker 6 trägt. Bei Erregung des Elektromagneten wird der Anker 6 nach
rechts gezogen. Die Zunge besitzt außerdem noch einen zweiten Anker 15, der zwischen
den beiden Polen eines Elektromagneten 16 angeordnet ist. Die Pole sind so geformt,
daß bei Abweichung der Zunge von der Ruhelage diese.Pole auf die Zunge eine Kraft
ausüben, durch welche diese in die Ruhelage zurückgeführt wird. Der Elektromagnet
16 wirkt also wie die elastische Rückführkraft der Zunge. Durch Veränderung der
Gleichstromerregung des Magneten kann man die Rückstellkraft und damit die Resonanzabstimrrtung
der schwingenden Zunge einstellen.
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An Stelle den Elektromagneten i über einen Gleichrichter zu erregen,
kann man ihn auch von der Wechselspannung erregen. Man muß ihm dann eine solche
Vormagnetisierung geben, daß nur immer die einen Halbwellen des Wechselstromes den
Anker 6 anziehen. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise eine Gleichstromwicklung
vorsehen oder einen permanenten Magneten bestimmter Stärke verwenden. An Stelle
einer Zunge kann man auch andere schwingungsfähige Systeme verwenden.